GPS konum belirleme sistemi üç ana bölümden oluşur (Şekil 3.1). • Uzay Bölümü
• Kontrol Bölümü • Kullanıcı Bölümü
Şekil 3.1: GPS’ in bölümleri
3.2.1. Uzay bölümü
Uzay bölümü uydular ve bunlara ait yörüngelerden oluşur. Uydular ekvatorla
0
55 lik eğim açısı yapan, yeryüzünden yaklaşık 20 200 km uzaklıktaki 6 yörüngeye yerleştirilmişlerdir. Bu yörüngelerde 21 tane asıl, 3 tane yedek olmak üzere toplam 24 tane uydu bulunmaktadır. Fakat Ekim 2000 tarihinden itibaren bu uydu sayısı 28 olmuştur. Bu uydular bulundukları yörünge boyunca 12 saatte bir tam devir yaparlar. GPS uydularının tanımlanmaları; katolog numaraları, fırlatma sıraları veya PRN (Pseudo Random Noise) numaraları ile olur.
Şekil 3.2: GPS uzay bölümü
Kullanıcı Birimi
Kontrol İstasyonu (Colorado Springs)
GPS konum belirleme amaçlı ilk olarak şu an yörüngede olmayan Blok I uyduları fırlatılmıştır. Bu uydular 1985 yılında,toplamda 11 adet fırlatılmışlardır. Blok II uyduları 1989-1990 yılları arasında 9 adet fırlatılmıştır. 1990-1995 yılları arasında19 adet Blok IIA uydusu fırlatılmıştır. Bunlar uydular arası haberleşme olanaklarına sahip olup, bazılarında laser ölçümlerine olanak veren reflektörler bulunmaktadır (Kahveci ve Yıldız 2005).
Global Positioning System Block IIR (GPS IIR-M) uydularının uçuş operasyonları ve yörüngeye yerleştirilmesinden de Lockheed Martin şirketi sorumlu. Halen ilk 12 Block IIR uydusuyla birlikte, IIR-M uzay araçlarından 3 tanesi de uzayda bulunuyor ve toplam 30 uzay aracından oluşan GPS konstelasyonunu teşkil ediyorlar. Block IIR-M serisi uydulardan herbiri yerdeki alıcılara daha yüksek bir sinyal gücü sunan modernize bir anten paneline sahip. Bu uydularda ayrıca arttırılmış hassasiyet, güçlendirilmiş kriptolama ve elektronik bozmaya karşı koruma sağlayan iki yeni tür askeri sinyal ile farklı bir frekanstan sivil kullanıcılara açık(şifresiz) erişim sağlayan ikinci bir sinyal daha bulunuyor.
Daha önce 17 kasım 2006 tarihinde üçüncü GPS IIR-M başarıyla yörüngeye yerleştirilmiş ve 12 aralık tarihinde de hem sivil hem de askeri kullanıcıların hizmetinde olan bu GPS uydu filosunu işletmekte ve idare etmekte olan Kolorado’da Schriever Hava Üssü’ndeki ABD hava kuvvetleri ikinci uzay operasyonları birliği (2 SOPS) tarafından faaliyete girdiği ilan edilmişti. Dördüncü GPS Block IIR-M uydusu da 2007 sonlarına doğru fırlatılmaya hazırlanmak üzere Cape Canaveral’a teslim edildi. Geri kalan uydular da Hava kuvvetleri istediğinde yörüngeye sokulmak üzere teslim edilmiş durumda beklemekteler. Bu uydular yakın gelecekte kritik durum farkındalığı ve hassas silah yönlendirme gibi kritik askeri hizmetlerin yanı sıra, taşıdıkları hassas yer ve zaman bilgileri ile hava trafik kontrolundan internete sivil ve ticari konularda da sayısız işlev üstlenecekler.
Yeni sistem eskisinden farklı olarak seyrüsefer kullanıcısı saha hatası değerlendirmesi ile GPS doğruluk hesaplaması da yaptığından Block IIR uyduları gerekli donanıma sahip kullanıcılarını global olarak dünyanın her noktasında hassas zaman, hız, enlem, boylam ve irtifa bilgileriyle 1 m içinde kalan bir hassasiyet derecesiyle bilgilendiriyor.
1999 yılında GPS teknolojisinin modernizasyonu projesi başlatılmıştır. Bu projenin amacı dünyanın çevresine yeni frekansları içeren, yeni teknoloji GPS uydularının yörüngeye oturtulmasıdır (URL7).
Bu modernizasyon projesinin ilk ürünü olan GPS 2R-M1 uydusu, 25 Eylül 2005 tarihinde Cape Caneveral üssünden fırlatıldı. Bu uydu L2 frekansı üzerinde sivil L2C sinyali yayınlayan ilk uydudur. Diğerleri 2006 yılından itibaren yörüngelerine yerleştirilecektir. L2C sinyallerinin etkisi, ilk uydu ile birlikte görülmeye başlanacaktır. Bu sinyal L2 ölçmelerinizi daha güvenilir kılacak, ve bu sinyali almaya göre üretilmiş alıcılarınız daha güçlü GPS sinyallerini izleyecektir. Bir sonraki adım ise 2007 yılından itibaren fırlatılacak Block IIF uydularıdır. Bu uydular L1 ,L2 taşıyıcılarının yanı sıra, üçüncü bir taşıyıcı frekansı olan L5 özellikli olacaktır. Bu frekansla birlikte RTK çalışmalarında yeni ufuklar açılacaktır. Ama en önemlisi daha güçlü GPS sinyalleri ile daha zor fiziksel şartlarda çalışılabilecek olunabilmesidir. GPS uydularına ek olarak Avrupa Birliği tarafından atılacak Galileo uyduları da tamamen uyumlu olacağı için, uydu adetlerinde de büyük bir artış olacaktır (URL8).
3.2.2. Kontrol bölümü
GPS uyduları, hassas atomik saatlerle donatılmış; Ascension, Colarado Springs, Diego Garcia, Hawai, Kwajalein olmak üzere 5 sabit izleme istasyonu ve Cope Conaverol yer anteni istasyonundan izlenmektedir.
İki gruptan oluşan bu istasyonların amacı; uyduların sağlıklı çalışıp çalışmadıkları, toplanan verilerin değerlendirilmesi, uydu yörüngelerinin belirlenmesi, uydu saat düzeltmelerinin hesaplanması, toplanan verilerin analizi ile uydu yörüngelerinin parametreleri ile uydu saat düzeltmesi parametrelerini belirlemek ve zaman farklarını uydulara iletmektir (Ersoy 1997).
Wells ve ark’ na (1987) göre, uydular zamanla bozucu etkilere maruz kalmaktadırlar. Yani çok azda olsa yörüngelerinden sapmaktadırlar. Bu uydular kontrol bölümü tarafından gerekli manevralar ile tekrar yörüngelerine oturtulurlar. Bu işlem için gerekli enerji uyduların güneş panelleri aracılığıyla güneş enerjisinden sağlanmaktadırlar (Yıldırım 2002).
3.2.3. Kullanıcı bölümü
Kontrol noktaları üzerine kurulan GPS alıcıları kullanıcı bölümünü oluşturur. GPS alıcısı; alıcı anteni, alıcı, kayıt ünitesi (Şekil 3.3) ve güç kaynağı bölümlerinden oluşur (Leick 1990). Ayrıca alıcı setinde veri ve enerji akışını sağlayan kablolar, radyo modemi ve taşıma çantası vb. aksesuarlar yer alır.
Alıcı setleri ticari firmalar tarafından üretilip ve uygun olarak yazılım geliştirilmişlerdir. Ashtech, Leica, Sokkia, Zeiss, Topcon, Java, Trimble vb. alıcı ve yazılım üreten firmalara örnek olarak belirtebiliriz.
Alıcıların anlık üç boyutlu (3D) konumları belirleyebilmesi için en az 4 veya daha fazla uydudan sinyal alması gerekmektedir. Çünkü 3 uydu konum tespiti için, 1 uyduda uydu alıcı saat farkını çözmek için gereklidir. Böylece alıcılarla yeryüzündeki noktaların konumları belirlenir (Ersoy 1997)
Şekil 3.3: GPS alıcısı